XIO 优化阶数对宫颈癌术后静态调强放射治疗计划的影响

邓娟， 刘江， 梅国建 ，谢非

德阳市人民医院肿瘤科 （四川德阳 618000）

放射治疗是临床治疗宫颈癌患者的主要手段，传统的三维适形放射治疗将危及器官（organ at risk，OAR）全部置于治疗野中，对直肠、小肠、膀胱等造成的损伤严重[1-2]。与三维适形放射治疗相比，调强放射治疗（intensity modulated radiation therapy，IMRT）使高剂量区与靶区形状高度适形，极大地改善了靶区适形度和靶区剂量均匀性，减少了OAR 受照体积，降低了正常组织不良反应发生风险[3]；但静态IMRT 计划子野数多、治疗时间长，不仅降低了治疗舒适度，还增加了治疗误差。在使用XIO 计划系统制作静态IMRT 计划时，由于优化阶数越高子野数越多，治疗时间相应延长，因此需要合理选择优化阶数。本研究拟通过设计不同优化阶数的宫颈癌术后静态IMRT 计划，并比较其计划靶区（planning target volume，PTV）及OAR 的剂量分布，找到能满足临床剂量需求但子野数少、治疗时间短的优化阶数，以期降低放射治疗过程中的不确定性。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2019—2020年在我院经病理证实且术后有高危、中危因素的宫颈癌患者10例，其中ⅠB1期3例，ⅠB2期3例，ⅡA1期4例。本研究经医院医学伦理委员会批准。

1.2 方法

1.2.1 模拟定位及靶区勾画

协助患者取仰卧位，使双臂上举交叉于头顶，并用热塑体膜行体位固定；在西门子大孔径CT 上对患者行模拟定位扫描，扫描范围从膈顶至坐骨结节下5 cm，重建层厚为3 mm；将扫描图像上传至XIO 4.64计划系统，由放射治疗医师参考国际辐射单位和测量委员会（International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU）50、62号报告勾画靶区和OAR，其中，临床靶区（clinical target volume，CTV）包括阴道残端上1 cm 至顶端下3 cm、阴道旁软组织和髂总动脉、髂内动脉、髂外动脉、闭孔淋巴引流区，PTV 则在CTV 基础上外扩0.5～1.0 cm。

1.2.2 处方剂量及计划设计

PTV 处方剂量为50 Gy/25 f，要求95%以上靶区体积达到处方剂量，以及大于110%处方剂量的体积小于10%；OAR 剂量限定为直肠、膀胱V40＜40%，小 肠V30＜40%，小 肠Dmax≤52 Gy（Vx表示剂量超过x Gy 部分所占体积，Dmax表示最大剂量）。计划设计采用XIO 4.64 计划系统，照射方式采用静态IMRT 技术，射线为6 MV X 线，机架角度为180°、129°、78°、27°、336°、285°和234°，每例设计12 个静态IMRT 计划，优化阶数分别选择20、17、13、10、9、8、7、6、5、4、3、2，待生成多叶光栅序列后使用子野权重优化工具进行优化，设置最小子野跳数为5 MU。

1.2.3 计划评估

统计子野数及治疗时间，并通过剂量体积直方图（dose-volume histogram，DVH）对计划结果进行比较分析，其中，PTV 剂量学参数包括D2%、D98%、D95%（Dx表示x% PTV 体积的剂量），适形指数（conformal index，CI）[CI=（VTref/VT）×（VTref/Vref），式中VTref为参考等剂量线面所包绕的靶体积，VT为靶体积，Vref为参考等剂量线面所包绕的区域体积，CI范围为0～1，值越接近1表示适形度越高]，均匀性指数（homogeneity index，HI）[HI=（D2%-D98%）/D50%，HI值越小表示靶区均匀性越好]；OAR 剂量学参数包括直肠V40、膀胱V40、小肠V30、小肠Dmax以及直肠和膀胱Dmean（平均剂量）。

1.3 统计学处理

2 结果

2.1 子野数及治疗时间

优化阶数在20～2的各组静态IMRT 计划的总子野数及治疗时间均不同，比较差异均有统计学意义（P＜0.05）；进一步比较发现，优化阶数从20～2，总子野数由（133.3±15.4）个减少到（32.3±5.5）个（P＜0.001），治疗时间由（13.6±1.6）min 缩短到（5.9±0.8）min （P＜0.05），见表1。

表1 10例患者静态IMRT 计划的总子野数及治疗时间（±s）

表1 10例患者静态IMRT 计划的总子野数及治疗时间（±s）

注：（a～b）表示优化阶数值在a～b 之间各组与当前组两两比较P=0.018～＜0.001；IMRT 为调强放射治疗

优化阶数 总子野数（个） 治疗时间（min）20 133.3±15.4 13.6±1.6 17 127.5±10.7（20） 13.2±1.8（20）13 118.2±12.1（20～17） 13.3±1.2（20）10 114.3±10.9（20～13） 12.7±1.3（20～7）9 107.4±10.3（20～10） 12.1±1.1（20～7）8 101.4±9.4（20～9） 11.4±1.8（20～9）7 91.2±9.2（20～8） 10.2±1.5（20～8）6 79.0±7.9（20～7） 8.9±1.2（20～7）67.5±6.1（20～6） 7.7±1.3（20～6）4 55.0±6.2（20～5） 6.8±1.2（20～5）5 44.0±4.0（20～4） 6.5±1.1（20～4）2 32.3±5.5（20～3） 5.9±0.8（20～3）3 F 325.6 3.2 P＜0.001 0.003

2.2 PTV 剂量学参数

不同优化阶数的静态IMRT 计划的PTV 各剂量学参数比较，差异有统计学意义（P＜0.001）；进一步比较发现，差异产生在优化阶数≤4的各组，其PTV 各剂量学参数与优化阶数20～5的组比较P=0.09～0.000，已不能满足临床剂量要求；在优化阶数为20～5之间，各组计划的PTV 各剂量学参数均相近，比较差异无统计学意义（P＞0.05），均能满足临床剂量要求，见表2。

表2 10例患者静态IMRT 计划的PTV 各剂量学参数比较（±s）

表2 10例患者静态IMRT 计划的PTV 各剂量学参数比较（±s）

注：（a～b）表示优化阶数值在a～b 之间各组与当前组两两比较P=0.022～＜0.001；IMRT 为调强放射治疗，PTV 为计划靶区，Dx 表示x% PTV 体积的剂量，HI 为均匀性指数，CI 为适形指数

优化阶数 D95% （cGy） D98%（cGy） D2% （cGy） HI CI 20 5 016.1±10.7 4 917.5±16.9 5 487.2±47.7 0.12±0.01 0.83±0.02 17 5 012.4±11.2 4 922.2±16.2 5 485.4±46.9 0.10±0.01 0.82±0.02 13 5 015.2±8.2 4 926.5±15.9 5 454.7±48.3 0.10±0.01 0.81±0.02 10 5 010.3±6.3 4 918.0±18.4 5 426.9±44.9 0.10±0.01 0.86±0.03 9 5 009.9±4.2 4 926.5±15.2 5 427.7±45.2 0.10±0.01 0.81±0.03 8 5 010.6±5.8 4 925.9±15.4 5 432.4±44.7 0.10±0.01 0.85±0.03 7 5 007.4±4.1 4 922.9±17.4 5 429.6±57.3 0.10±0.01 0.83±0.04 6 5 008.1±4.7 4 921.0±20.9 5 443.8±48.8 0.10±0.01 0.87±0.03 5 5 007.5±6.2 4 914.3±17.6 5 462.7±54.3 0.10±0.01 0.86±0.03 4 4 981.0±18.2（20～5） 4 893.2±19.0 5 511.1±37.2（10～6） 0.14±0.01（20～5） 0.80±0.04（20～5）3 4 921.2±12.4（20～4） 4 834.2±36.3（20～4） 5 618.3±90.8（20～4） 0.15±0.02（20～4） 0.76±0.11（20～4）2 4 863.7±41.9（20～3） 4 759.4±58.0（20～3） 5 736.3±90.1（20～3） 0.19±0.02 （20～3） 0.71±0.14（20～3）F 92.1 46.3 58.3 79.9 67.2 P ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

2.3 OAR 剂量学参数

在优化阶数为20～4之间，各组静态IMRT 计划的OAR 各剂量学参数比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。进一步比较发现，差异产生在优化阶数为2和3的组，膀胱Dmean在优化阶数为3的组高于优化阶数为20的组（P=0.003），小肠Dmax在优化阶数为3的组与优化阶数为10～7的各组比较差异均有统计学意义（P=0.002～＜0.001）；直肠Dmean在优化阶数为2的组与优化阶数为20～4的各组比较差异均有统计学意义（P=0.028～＜0.001），膀胱V40在优化阶数为2的组与优化阶数为20～6的各组比较差异均有统计学意义（P=0.019～0.002），直肠V40、膀胱Dmean、小肠Dmax、小肠V30在优化阶数为2的组与优化阶数为20～3的各组比较差异均有统计学意义（P=0.037～＜0.001），见表3。

表3 10例患者静态IMRT 计划的OAR 各剂量学参数比较（±s）

表3 10例患者静态IMRT 计划的OAR 各剂量学参数比较（±s）

注：（a～b）表示优化阶数值在a～b 之间各组与当前组两两比较P=0.048～＜0.001；IMRT 为调强放射治疗，OAR 为危及器官，Vx表示剂量超过x Gy 部分所占体积，Dmax 表示最大剂量，Dmean 表示平均剂量

优化阶数 直肠Dmean（cGy） 直肠V40（%） 膀胱Dmean（cGy） 膀胱V40（%） 小肠Dmax（cGy） 小肠V30（%）20 3 558.7±189.1 37.0±4.2 3 364.8±168.1 33.4±6.9 5 102.7±195.7 30.6±9.7 17 3 549.1±178.4 36.5±5.2 3 387.3±168.9 32.9±6.1 5 092.0±184.9 31.1±9.4 13 3 577.0±176.8 36.2±4.9 3 364.8±168.1 33.5±6.3 5 108.7±185.2 31.2±11.4 10 3 609.3±179.5 37.3±3.4 3 401.1±156.8 33.6±6.7 5 112.6±157.5 31.9±11.5 9 3 593.0±190.1 38.1±3.5 3 415.5±157.6 33.8±6.5 5 108.8±155.9 32.4±12.2 8 3 605.5±186.8 38.3±4.2 3 433.7±151.7 33.8±6.8 5 113.9±198.8 33.1±12.1 7 3 617.1±184.1 38.7±3.5 3 451.7±135.3 34.1±6.5 5 081.3±131.7 33.3±12.3 6 3 640.2±180.8 38.9±3.6 3 471.5±136.2 34.3±6.5 5 117.7±138.8 34.2±12.6 5 3 645.2±190.3 38.7±3.8 3 467.1±145.3 34.8±6.7 5 122.6±167.1 34.9±13.2 4 3 638.3±191.3 39.1±4.1 3 479.5±151.1 34.9±6.7 5 131.7±165.5 36.0±14.3 3 3 669.8±203.6 38.9±4.5 3 523.2±142.3（20） 34.7±6.0 5 288.8±93.3（10～7） 36.7±12.9 2 3 784.9±239.1（20～4） 46.8±6.1（20～3） 3 685.1±103.3（20～3） 39.2±5.9（20～6） 5 537.0±189.7（20～3） 44.1±13.0（20～3）F 4.2 11.5 10.7 3.8 27.2 8.1 P＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 0.003 ＜0.001 ＜0.001

3 讨论

IMRT 技术在宫颈癌治疗中的优势突出，但由于其子野数及叶片间漏射多，可能会增加单次治疗中患者位移的概率及靶区剂量的不确定性[4]。本研究发现，选择不同的优化阶数可对子野数造成影响，因此，在进行计划设计时应合理选择优化阶数，以便减少子野数，从而缩短治疗时间。

朱均强等[5]的研究表明，对于静态IMRT，强度等级越高，子野数越多，治疗的实施时间越长，子野数与强度等级呈线性关系，故在临床应用中需合理选择强度等级。迟子锋等[4]的研究报道，在IMRT 计划中，子野数越多，剂量偏差越大，建议将IMRT 计划总子野数控制在80个以内。戴立言等[6]在关于IMRT 计划设计参数对剂量验证结果影响的研究中，发现小子野的存在会影响剂量分布，且子野越小越易受机械精度的影响；小野数的增加会加大单点剂量的误差，影响平面剂量γ 验证通过率。上述研究结果均表明，优化阶数设置可影响子野数及治疗时间，而子野数过多、过小均会加大剂量偏差、影响剂量验证通过率。李霞等[7]在关于头颈部肿瘤静态调强中强度分级数的研究中，设置离散化等级为3～20级，比较和分析强度分级数对放射治疗计划结果的影响，建议在计划设计时，将强度分级数控制在5～10级范围内。吴翠娥[8]使用XIO 放射治疗计划系统以动态调强的方式设计宫颈癌计划，结果发现，将优化阶数值设为7时能够满足临床剂量要求。上述研究结果均表明，对于不同部位的肿瘤采用不同的照射方式时，优化阶数选择5～10时可满足临床治疗需求。本研究结果显示，随着优化阶数的降低，总子野数明显减少，当优化阶数由20降低到5时，总子野数减少50%左右，出束时间由13 min 缩短到7 min，且并不会对PTV 和OAR 剂量造成影响，表明选择不同优化阶数制作宫颈癌术后静态IMRT 计划，当优化阶数降为5时，计划仍可满足临床剂量要求，且子野数明显减少，治疗时间明显缩短。总之，我们认为过高的优化阶数并不能明显提高剂量的优越性，而会明显增加子野数，从而导致照射时间过长，而合理选择优化阶数非常重要。

综上所述，在保证满足临床剂量要求的前提下，合理降低优化阶数非常重要，可减少子野数，缩短治疗时间，进而降低患者治疗中的移动风险，增加治疗的生物效应，减少机器磨损。